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锌(Zn)是一种P型掺杂物质,其气相扩散过程可广泛应用于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体(GaSb、GaAs、GaP、InAs等)的P型掺杂工艺,因此研究Zn在上述材料中的扩散规律对器件制造有重要帮助。然而在恒定表面Zn浓度的扩散情况下,Zn在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中的扩散曲线并不遵循余误差函数分布,而是呈现出具有双重扩散前沿的kink-and-tail形貌或单扩散前沿的box形貌。我们研究了Zn在GaSb、GaAs和InAs这三种材料中的扩散规律。对于Zn在GaSb中的扩散,我们发现在扩散源中加入Ga元素可以遏制Zn扩散曲线中表面高浓度区域的产生,从而使Zn扩散曲线从kink-and-tail类型向box类型转换;kink-and-tail曲线中以kink点为界限划分出的表层与尾部区域都具有良好的生成规律,表层区域扩散率(D)与Zn浓度(C)的平方成正比,即D∝C2,尾部区域则有D∝C;box类型曲线的生成规律与kink-and-tail曲线尾部的生成规律是相同的,光致发光(PL)分析表明它们都具有代表Ga原子过剩的PL峰,证实了Zn在这两个区域都是通过踢出晶格中Ga原子的kick-out方式进行扩散的。Zn在GaAs中的扩散机理与在GaSb中的非常相似,而在InAs中的扩散机理却有较大差别。无论是采用纯Zn或者Zn-In合金作为扩散源,Zn在InAs中都生成box类型扩散曲线,其中以Zn-In合金作为扩散源生成的box曲线完全符合D∝C的关系,不会出现其它box曲线中极浅层区域存在的D∝C-2的现象。基于扩散源中Ga原子可遏制Zn在GaSb中表面高浓度区域产生的发现,我们提出了采用Zn-Ga合金扩散源的密封式扩散法来制备GaSb红外电池。传统GaSb电池制备工艺都是采用以Zn-Sb合金作为扩散源的准密封式扩散法制备PN结,生成的是具有表面高浓度扩散区域的kink-and-tail类型Zn曲线,需要将kink点之前的区域精确腐蚀掉以提高量子效率,然而对此百纳米级区域进行精确腐蚀是非常困难的。我们采用Zn-Ga合金扩散源的密封式扩散法直接生成box类型曲线,并制备了GaSb红外电池。该方法简化了电池制备工艺,并且可以保持不同批次的电池电学输出性能稳定,有利于批量制备。